水泥厂风险评价及SLAB模型的应用.pdf

水泥厂风险评价及 SLAB 模型的应用 刘昕1李晋生1刘静2闫海红1殷勤1 1. 中国环境科学研究院， 北京 100012; 2. 北京中环国宏环境资源科技有限公司， 北京 100012 摘要 对拟建水泥厂项目进行环境风险评价， 采用 SLAB 模型预测氨发生泄漏扩散到大气下风向的浓度分布。预测结果 表明 发生泄漏后， 对 LC50 半致死浓度 最大影响距离为10. 8 m， 对 IDLH Immediately Dangerous to Life or Health， 立即 威胁生命和健康 能达到的最大影响距离为22. 1 m， 对居住区最高容许浓度最大影响距离为33. 4 m， 氨水泄漏的环境风 险水平为可以接受。同时还提出了环境风险防范措施， 水泥厂环境风险评价可为该项目建设决策提供技术依据。 关键词 风险评价; SLAB 模型; 水泥厂 DOI 10. 13205/j． hjgc． 201409031 ＲISK ASSESSMENT OF CEMENT PLANT AND APPLICATION OF THE MODEL SLAB Liu Xin1Li Jinsheng1Liu Jing2Yan Haihong1Yin Qin1 1. Chinese Ｒesearch Academy of Environmental Sciences，Beijing 100012，China; 2. China Environmental Ｒesources Technology Co． ， Ltd，Beijing 100012，China AbstractThe environmental risk assessment for planned cement plant project was discussed． The concentration distribution of leaked ammonia at downwind direction was predicted by SLAB Model． The predicted results showed that，when leakage occurred，the maximum effect distance for LC50and IDLH were 10. 8 m and 22. 1 m，respectively． The maximum effect distance for maximum allowable concentration at residential areas was 33. 4 m． Environmental risk level of ammonia leakage was acceptable． Meanwhile，prevention measures of environmental risk were proposed． The study could provide the technical basis for project decision． Keywordsrisk assessment;SLAB model;cement plant 收稿日期 2013 －11 －15 0引言 随着我国城市化和工业化不断发展， 人们所面临 危险物质泄漏事故的风险也不断增加。根据原国家 环保总局颁发的环发［ 2005］ 152 号文 关于加强环境 影响评价管理防范环境风险的通知 和 HJ/T 169 2004建设项目环境风险评价技术导则 ， 对拟建水 泥厂项目进行环境风险评价， 通过对风险识别和影响 分析， 提出风险防范措施， 以期把环境风险尽可能降 低， 为项目建设决策提供技术依据［1- 5 ］。 SLAB 模型由美国劳伦斯利弗莫尔国家实验室 LLNL 在 1980 年开发， SLAB 是用来模拟重气体 释放大气扩散的计算机模型［6］。模型可以处理地 面蒸发液池、 高位水平喷射、 烟囱或者高位垂直喷 射和地面瞬时源的持续释放、 时间有限释放和瞬时 释放。尽管模型设计用于处理重气体扩散， 但也可 用于模拟中性气体烟团扩散， 当烟团变得比空气轻 的时候还能模拟烟团的放样。因此可以采用 SLAB 模型预测氨发生泄漏扩散到大气下风向的浓度 分布。 1环境风险识别 水泥厂涉及到的危险化学品主要为浓度为 25 的氨水。根据 GB 12268 2005危险货物品名 表 ［7 ］， 水泥厂所用氨水的危险性属于第 8 类腐蚀性 物质。氨水为极易挥发无色液体， 有刺鼻气味， 熔点 沸点低， 易与水混融。氨水易挥发出氨， 低浓度的氨， 会对黏膜、 皮肤有刺激作用， 引起结膜、 上呼吸道黏膜 充血， 水肿和分泌物增加; 高浓度的氨， 会对直接接触 部位引起碱性化学灼伤， 组织呈溶解性坏死， 并可引 起呼吸道深部及肺炎和肺水肿。当空气中的氨浓度 931 监测与评价 Environmental Monitoring ＆ Assessment 达到 1 750 ～4 000 mg/m3时， 会产生窒息， 并可能致 死 ［8 ］， 同时氨会对大气环境造成污染。 该水泥厂氨水罐采取地上储存， 并置于氨水间 内。氨水间 15 m 10 m 4. 5 m 位于窑尾下方， 内 置 2 个储量为 100 t 直径4. 5 m， 长7. 2 m 的氨水储 罐。氨水通过泵送系统送至喷射系统， 再由喷枪喷入 烟道， 进行脱硝。氨水年用量为 3 800 t/a。 由于氨水具有腐蚀性， 使用过程中可能会导致设 备腐蚀损坏， 从而导致氨水泄漏。 2环境风险评价方法 2. 1评价等级与范围 根据 GB 18218 2009危险化学品重大危险源 辨识 和 GB 12268 2005 规定， 该水泥厂不存在重 大危险源， 且所在地区不属于环境敏感区， 根据 HJ/T 169 2004 规定， 水泥厂环境风险评价等级为二级， 评价范围为 3 km。该水泥厂环境风险评价范围内有 2 个村庄， 其中距厂区最近距离为 1 km。 2. 2源项分析 由于氨水罐放置在氨水间内， 即使发生罐体泄漏 事故， 也不能扩散至周边环境空气中。氨水间设计时 采取周边地面防渗、 围挡措施， 可避免氨水进入土壤 和地下水体。因此水泥厂潜在事故主要为氨水输送 管道腐蚀， 氨水泄露至地面形成液池， 氨挥发至环境 中。导致氨水泄漏的原因可能为氨水腐蚀管路， 导致 管路出现裂缝; 管路、 接头封闭或操作失误时引起氨 水泄漏。 2. 3评价方法 氨水泄漏最大可信事故设置为氨水输送管道发 生断裂， 氨水泄露形成液池。氨水泵送系统的输送速 率为 434 kg/h。假设事故发生 10 min 后， 关闭氨水 输送泵停止输送氨水， 同时通过备用氨水储罐和管道 输送氨水以保证 SNCＲ 系统正常运行， 则氨水的泄漏 量为 72. 33 kg。假定氨水中的氨全部挥发泄露至大 气环境中， 计算其最大影响范围。 SLAB 瞬时烟团模型建立在质量、 动量、 能量和元 素等守恒方程基础上， 用空气携带概念来理解周围大 气中涡流扩散云团。在守恒方程中， 云团被当作烟 团， 在下风向传播时间内具有独立的参变数。烟团模 型方程为 C x， y， z， t 4BxByhC t C1 x － Xc， bx ， β x C1 y， by ， β y C2 z， Zc， σ 式中 C t 为出口处平均体积浓度; C1 y， by ， β y 为侧 风向浓度; C2 z， Zc， σ 为垂直风向浓度; C1 x － Xc， bx ， β x 为下风向分布浓度; by 、 β y、 Zc、 σ 为时间 t 的函 数; Xc为烟团质量中心; Bx和 bx为烟团长度; B y和 by为 烟团宽度。 2. 4评价标准 以受试大鼠吸入 4 h 的 LC50 半致死浓度 、 IDLH Immediately Dangerous to Life or Health， 立即 威胁生命和健康 浓度和居住区大气中有害物质的 最高容许浓度为指标评价氨的环境风险， 见表 1。 表 1氨的环境风险评价标准 Table 1Criteria of ammonia environmental risk uation 指标标准值资料名称 LC50 大鼠吸入4 h / mg m－31 390 化学灾害事故处置辅助决策 系统用户手册［9 ］ IDLH 体积分数/10 －6 300 GB/T 18664 2002呼吸防 护品的选择使用与维护 ［10 ］ 居住区大气中有害物质的最高 容许浓度/ mg m －3 0. 2 TJ 36 79 工业企业设计卫 生标准 ［11 ］ 3环境风险评价结果 在风速为 1. 5 m/s 和该地区多年平均风速为 3. 3 m/s进行模拟， 预测不同稳定度时氨所能达到的 最大影响距离。环境风险预测结果见表 2。 表 2环境风险预测结果 Table 2Ｒesult of environmental risk prediction 气象条件最大影响距离/m 稳定度风速/ m s －1 LC50 IDLH居住区最高容许浓度 A1. 50. 00. 00. 0 3. 35. 68. 911. 0 B1. 50. 00. 00. 0 3. 36. 711. 214. 0 C1. 50. 00. 00. 0 3. 38. 215. 620. 0 D1. 50. 00. 00. 0 3. 310. 822. 132. 0 E1. 50. 00. 00. 0 3. 30. 00. 033. 4 F1. 50. 00. 00. 0 3. 30. 00. 00. 0 注 A、 B、 C、 D、 E、 F 分别表示为强不稳定、 不稳定、 弱不稳定、 中 性、 较稳定和稳定。 由表 2 可见， 发生泄漏后， 对 LC50最大影响距离 为 10. 8 m， 对 IDLH 能 达 到 的 最 大 影 响 距 离 为 22. 1 m， 对居住区最高容许浓度的最大影响距离为 33. 4 m， 均不会对 1 km 外的村庄等居民点产生影响， 因此氨水泄漏的环境风险水平为可以接受。 041 环境工程 Environmental Engineering 4环境风险防范措施 4. 1氨水间及周边地面防渗、 围挡措施 要求氨水间及周边地面必须进行地下防渗层建 设， 采用 PVC 材料防渗， 防渗面积约 800 m2， 防渗层 的渗透系数小于 1. 0 10 －7 cm/s。 氨水管道下方设置高 0. 5 m 的围挡， 当发生管道 泄漏事故时， 可有效防止氨水扩散， 同时便于氨水的 收集和处置。 4. 2脱硝设施氨水泄漏防范措施 生产过程实现全密闭化。在脱硝设施区， 根据规 范设置有毒气体或可燃气体检测， 随时检测操作环境 中有害气体的浓度。在控制室设置气体报警系统盘、 事故联锁、 紧急停车联锁系统， 且现场主要操作点设 事故停车开关， 一旦发生氨水泄漏事故， 立即关停输 送泵， 并开启喷淋装置， 吸收泄露的氨， 设置围堰， 避 免废水扩散。脱硝设施区域内采取防渗措施， 防止对 地下水产生影响。 按 爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范设 计规范 划分危险区， 选用电气设备。爆炸和火灾危 险环境内可产生静电的物体， 如设备管道等都采用工 业静电接地措施， 建、 构筑物均设防雷设施， 所有电缆 及电缆桥架选用阻燃型。 凡易发生事故及危害生命安全的场所以及需要 提醒人员注意的地点， 均按标准设置各种安全标志; 凡需要迅速发现并引起注意以防发生事故的场所、 部 位均按要求涂安全色。 设置气体防护站， 主要任务是对有毒、 窒息性工 作场所进行监护， 对中毒和其他事故的现场进行抢 救， 对职工进行安全和防毒知识教育， 组织事故抢救 学习， 负责防毒器具的发放、 管理、 维护、 校验等。气 体防护站主要设备和仪器有防毒面具、 空气呼吸器、 滤毒罐再生设备、 气防作用车、 空气充装泵、 急救器 材、 安全教育设备等。 4. 3火灾检测报警与控制系统 设置总线制火灾报警系统。在集控室设后台机， 炉间公用楼设集中报警器， 每机每炉设区域火灾报警 控制器， 集中组屏布置在电子设备间， 并在汽机房、 锅 炉房设区域显示器。输煤控制楼设置区域报警器， 区 域报警器与集中报警屏之间采用通讯环网连接。火 灾报警系统实现三级控制和报警 就地报警控制、 区 域报警器控制、 单元控制室集中报警屏控制。火灾报 警后， 为便于火灾疏散和指挥， 设置火警电话系统， 并 启动全厂广播呼叫系统。在电缆较集中、 布置重要设 备的单元控制楼、 电缆缆沟及电缆夹层等处装设具有 早期预报功能的分布式温度监测系统或空气吸入式 火灾报警系统， 以提高对火灾的早期预报功能， 防患 于未然。 4. 4应急预案 为避免重大事故发生后的蔓延扩大， 减少人员伤 亡及财产损失， 要求企业需具备环境风险应急救援预 案， 以便在发生重大事故后， 各部门各司其职、 有条不 紊的开展事故救援工作， 最大限度减少事故损失， 尽 快恢复生产。 5结论 用 SLAB 模型对水泥厂环境风险进行预测， 结果 表明， LC50最大影响距离为10. 8 m， IDLH 最大影响距 离为 22. 1 m， 居住区最高容许浓度的最大影响距离 为 33. 4 m。由于该水泥厂周围 1 km 内无村庄等居 民点， 因此水泥厂氨水泄漏的环境风险水平为可以接 受。同时通过严格的环境风险防范措施， 可将水泥厂 的环境风险降到最低。 参考文献 ［1］吴军年， 杨耀清． 环境风险评价中泄漏类重大事故的筛选研究 ［J］． 环境工程， 2013， 31 1 98- 102. ［2］申璐， 王慧婷， 孟晓杰， 等． 炼油厂环境风险评价研究 以中化泉 州 1200 万 t/a 炼油项目为例［J］ ． 环境工程， 2012， 30 S2 352- 357. ［3］王欣， 项铁丽， 杜书田． 石油炼制环境风险评价及事故预防措施 ［J］． 环境工程， 2009， 27 S1 457- 464. ［4］张有贤， 姜涛． 环境风险评价中的不确定性研究［J］ ． 环境工 程， 2009， 27 3 114- 117. ［5］吕连宏， 罗宏， 张征， 等． 生活垃圾焚烧发电厂的环境风险评价 ［J］． 环境工程， 2012， 30 2 114- 117. ［6］张建文， 安宇， 魏利军． 危险化学品事故应急反应大气扩散模型 及系统概述［ J］ ． 环境监测管理与技术， 2008， 20 2 7- 11， 21. ［7］GB 12268 2005 危险货物品名表［S］ . ［8］安全管理网． 氨中毒的危害及预防［DB/OL］． 2011 － 06 － 03 ．http / /www． safehoo． com/San/Theory/201106/186813． shtml. ［9］豆丁网． 化学灾害事故处置辅助决策系统用户手册［DB/OL］． 2011 －05 －04 http / /www． docin． com/p- 194398113． html. ［ 10］GB/T 18664 2002 呼吸防护品的选择使用与维护［ S］． ［ 11］TJ 36 79 工业企业设计卫生标准［ S］ ． 第一作者 刘昕 1963 － ， 女， 副研究员， 主要从事环境工程与技术方 面的工作。jingkaiyue163． com 通讯作者 李晋生 1961 － ， 男， 工程师， 主要从事环境影响评价工作。 lgskhj sina． com 141 监测与评价 Environmental Monitoring ＆ Assessment